房山线北延盾构刀具磨损检查与修复技术

王智 白朝旭 王金明

摘 要：北京房山线北延线首经贸站—丰益桥南站区间左线盾构机掘进至 130 环后，盾构推力持续增大，掘进困难。施作检修井后发现刀盘刀具磨损严重，为此制定刀盘检修方案对盾构机刀具进行检修，检修后盾构各项掘进参数趋于正常，施工进展顺利。文章针对刀具磨损严重原因进行分析，提出刀盘更换修复技术方案，以期对类似盾构隧道施工具有一定借鉴意义。

关键词：城市轨道交通;盾构;刀盘刀具;磨损;检修

中图分类号：U213.9

1 工程概况

首经贸站—丰益桥南站盾构区间自丰益桥南站始发，下穿16号线换乘站后横穿京沪铁路及西三环南路，然后沿芳菲路向南到达首经贸站北端盾构接收井，最后平移至盾构井处吊出。

区间隧道穿越的地层主要为卵石层，其特点为：杂色，稍湿～饱和，密实，呈亚圆型，母岩成份以石英岩、砂岩及花岗岩为主，含量约占55%～60%，一般粒径20～190mm，最大粒径约210 mm，含约10%～20%的中粗砂及少量黏性土充填。

根据详勘报告及现场降水井水位数据，本次勘察揭露的深度范围内的地下水主要为潜水，水位埋深23.5～33.2 m，检修井水位标高约为20.4 m，含水层主要为卵石层，由于潜水受大气降水影响较大，水位有一定的变化，变化幅度一般为2～3 m。地下水位在隧道中心以下1 m。

2 刀盤检查

盾构左线始发下穿加固区直径1 m 的C20素混凝土桩1排，下穿16号线车站直径1 m 的C30混凝土玻璃纤维围护桩2排。下穿老丰草河后，55环开始下穿永丰、京沪铁路，112环开始下穿铁路，从130环开始盾构机推力持续增大，为此，在161环停机，采用人工挖孔方式对刀盘进行检修。

2.1 盾构检修井施作

根据检修井施作计划，施作内径为1.8 m、护壁厚度为150 mm、深度为24.508 m的检修井，如图1所示。检修井场地位于西三环与永丰京沪铁路东南角拆迁空地内，检修井采用人工挖孔井作业，刀具检修完成后立即回填检修井并恢复盾构推进。

2.2 刀盘磨损情况

根据检修井观察，刀具磨损较为严重，需更换。磨损较为严重的刀具集中位于外周圈，内圈刀具基本无磨损。外周圈12把保径刀已全部磨损，如图2所示。最外侧2圈主切刀磨损较为严重，如 图3所示。

3 刀盘磨损原因分析

（1）盾构左线始发下穿加固区直径1 m 的C20素混凝土桩1排，下穿16号线车站直径1m 的C30混凝土玻璃纤维围护桩2排，对刀具磨损严重。

（2）盾构隧道与16号线丰益桥南站维护桩夹角为102°，使得盾构推进过程中左、右侧刀盘受力不均匀，对刀具磨损、刀具结构有较大影响和破坏。盾构与桩关系示意图如图4所示。

（3）桩体对保径刀刀座磨损严重。围护桩体混凝土标号较高，盾构推进过程中对耐磨焊层磨损较大，耐磨焊层磨损完后更进一步加快刀盘母材及刀具的磨损;盾构推进土层为卵石，当耐磨焊层磨损后，盾构推进过程中土体中的卵石撞击刀具导致合金块脱落，刀具破坏严重。

（4）16号线车站围护桩在盾构掌子面内桩体为玻璃纤维筋，其余为钢筋。施工中围护桩位置可能存在偏差，盾构刀盘可能切割钢筋混凝土桩。

4 刀盘更换修复技术方案

4.1 刀具更换

需更换刀具包括，刀圈保径刀12把，刀圈保护刀18把，主切刀保径刀12把，辐条第2圈主切刀12把，总计54把刀具，如图5所示。刀具更换过程如下。

（1）刀圈保护刀在刀盘外侧刨除凹槽后焊接，刀圈保径刀焊接完毕后高出盾壳15 mm，以保证开挖直径。

（2）刀圈保径刀底座与外刀圈平齐，端头倾斜，以盾壳为基准，高出盾壳20 mm。

（3）刀具焊接完毕后两侧加挡块，高度比刀具低10mm。

（4）刀具更换完毕后，对刀圈进行耐磨焊加固。

（5）保径刀焊接缝需用耐磨焊保护，对刀盘耐磨层磨损部位补充耐磨焊。

（6）耐磨板焊接时将原有耐磨层清除干净，在耐磨板四周焊接，焊缝高度与耐磨板厚度一致。

（7）保径刀两侧挡块需耐磨板保护，耐磨板采用网格状4面全面焊接，保径刀刀座两侧根据实际情况增加耐磨板。

更换后的刀具如图6、图7所示。刀具更换完毕后，盾构推力趋于稳定，盾构推进速度加快，沿线上覆地面变形稳定。

4.2 刀具更换修复施作要求

（1）在工作井内对刀具进行焊接，空间狭小，需要合理安排设备和器具，以保证作业人员对刀盘进行焊接作业时有适当的作业空间，下井人员为2人（1个焊工和1 个配合人员），地面1人，换刀位置定于12点方向。

（2）为保证换刀人员的安全，只有确认换刀人员和所有设备器具从护壁内撤出后才能旋转刀盘，刀盘旋转位置可从操作屏幕中的仿形刀位置推算出。

（3）做好工具、材料的准备。包括工具（焊接设备、起重设备等物料）的搬运，焊接、切割设备接线（注意防止焊接设备漏电），安装坑内起重装置（如起重葫芦等）和工作平台，安装通风换气设备。

（4）注意工具及物料搬运安全，保证井下和井上的协调配合，时刻检查运输设备的良好性。

（5）换刀人员与盾构机操作人员通过对讲机时刻保持联系，盾构机操作人员要操作准确、运转平稳，保证刀盘停留的位置有利于刀具检查、更换和减少对周边土体的扰动。当刀盘处积土很多时，要排出适量的土体，以利于刀具检查、更换作业。

5 结语

北京房山线首经贸站—丰益桥南站左线盾构掘进过程中推力较大，盾构掘进困难。经施作盾构检修井对刀盘刀具进行检查，并对刀具磨损原因进行分析，制定了刀具更换修复方案及施作要求。刀具更换修复后，盾构各项掘进参数恢复正常，掘进速度加快。本次盾构刀盘检修工作对后续盾构右线以及类似的盾构隧道施工有一定借鉴意义。

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收稿日期 2019-03-06

责任编辑 朱开明